Question

17．實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)時，硝酸的濃度越稀，對應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價越低，最低可以還原到-3價．某同學(xué)取一定量的鐵鋁合金與一定量很稀的硝酸充分反應(yīng)，反應(yīng)過程中無氣體放出．在反應(yīng)結(jié)束后的溶液中，逐滴加入4mol•L^-1的氫氧化鈉溶液，所加氫氧化鈉溶液的體積（mL）與產(chǎn)生的沉淀的物質(zhì)的量（mol）的關(guān)系如圖所示．試回答下列問題：
（1）請寫出該合金中鐵與硝酸反應(yīng)的離子方程式8Fe+30H⁺+3NO₃^-=8Fe³⁺+3NH₄⁺+9H₂O．
（2）圖中OC段沒有沉淀生成，此階段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為H⁺+OH^-═H₂O．
（3）在DE段，沉淀的物質(zhì)的量沒有變化，則此階段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O．
（4）B與A的差值為0.008mol．
（5）B點(diǎn)對應(yīng)的沉淀的物質(zhì)的量為0.032 mol，C點(diǎn)對應(yīng)的氫氧化鈉溶液的體積為7mL．

Answer 1

分析 鋁粉和鐵粉的混合物與一定量很稀HNO₃充分反應(yīng)，被氧化為Al³⁺、Fe³⁺，通過題意，反應(yīng)始終沒有氣體生成，可以得出不會有氮的氧化物生成，又有硝酸的濃度越稀，對應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價越低，可以推測N元素由+5變成了-3價，由圖可得硝酸過量，加入氫氧化鈉溶液應(yīng)先與硝酸反應(yīng)，再生成沉淀，當(dāng)沉淀完全后，由圖知繼續(xù)加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發(fā)生了反應(yīng)，則隨著NaOH的滴加，發(fā)生的反應(yīng)依次有：
①H⁺+OH^-=H₂O，
②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，
③NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，
④Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（1）金屬鐵和稀硝酸反應(yīng)生成硝酸鐵、一氧化氮和水，據(jù)此回答；
（2）O→C 之間沒有沉淀生成，說明硝酸過量，O→C之間發(fā)生的反應(yīng)酸堿中和反應(yīng)；
（3）D與E一段沉淀的量沒有發(fā)生變化，為NH₄NO₃和NaOH反應(yīng)；
（4）E與F之間沉淀的量減少，為Al（OH）₃溶解在氫氧化鈉溶液中，利用發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)來計算；
（5）沉淀的總量可根據(jù)NH₄⁺的量，根據(jù)NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O 得出n（NH₄⁺），根據(jù)氧化還原反應(yīng)，N元素由+5價變?yōu)?3價，而金屬都由0價變?yōu)?3價，可以運(yùn)用電子守恒得出金屬的物質(zhì)的量．

解答 解：鋁粉和鐵粉的混合物與一定量很稀HNO₃充分反應(yīng)，被氧化為Al³⁺、Fe³⁺，通過題意，反應(yīng)始終沒有氣體生成，可以得出不會有氮的氧化物生成，又有硝酸的濃度越稀，對應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價越低，可以推測N元素由+5變成了-3價，由圖可得硝酸過量，加入氫氧化鈉溶液應(yīng)先與硝酸反應(yīng)，再生成沉淀，當(dāng)沉淀完全后，由圖知繼續(xù)加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發(fā)生了反應(yīng)，則隨著NaOH的滴加，發(fā)生的反應(yīng)依次有：
①H⁺+OH^-=H₂O，
②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，
③NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，
④Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O
（1）根據(jù)圖示得到的溶液和氫氧化鈉反應(yīng)產(chǎn)生沉淀的情況可以知道，金屬鐵和稀硝酸反應(yīng)生成硝酸鐵、一氧化氮和水，反應(yīng)的離子方程式為：8Fe+30H⁺+3NO₃^-=8Fe³⁺+3NH₄⁺+9H₂O，故答案為：8Fe+30H⁺+3NO₃^-=8Fe³⁺+3NH₄⁺+9H₂O；
（2）OC之間沒有沉淀生成，說明硝酸過量，OC之間發(fā)生的反應(yīng)酸堿中和反應(yīng)，離子方程式為H⁺+OH^-═H₂O，故答案為：H⁺+OH^-═H₂O；
（3）DE一段沉淀的量沒有發(fā)生變化，為NH₄NO₃和NaOH反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，故答案為：NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O；
（4）由圖可知，EF段消耗的氫氧化鈉溶液為36mL-34m=2mL，故該計算參加反應(yīng)的氫氧化鈉為0.002L×4mol/L=0.008mol，根據(jù)Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，Al（OH）₃的物質(zhì)的量為0.008mol，即為B、A的差值，故答案為：0.008；
（5）圖中OC段沒有沉淀生成，此階段發(fā)生的離子方程式為H⁺+OH^-=H₂O；在DE段沉淀的物質(zhì)的量沒有變化，應(yīng)為NH₄⁺和OH^-的反應(yīng)，此階段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O；根據(jù)NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O 得：n（NH₄⁺）=（34-31）×10^-3L×4mol/L=0.012 mol，根據(jù)氧化還原反應(yīng)，N元素由+5價變?yōu)?3價，而金屬都由0價變?yōu)?3價，可以運(yùn)用電子守恒得出金屬的物質(zhì)的量為：$\frac{0.012mol×8}{3}$=0.032mol，所以生成沉淀的物質(zhì)的量為0.032mol，
設(shè)Fe為xmol，Al為0.008mol，生成硝酸銨為（34-31）×0.001L×4mol/L=0.012mol，
由電子守恒可知，3x+0.008×3=0.012×8，
解得x=0.024mol，
滴加NaOH體積為31ml時，
發(fā)生反應(yīng)為①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，
則C點(diǎn)氫氧化鈉溶液的體積為31mL-$\frac{0.024mol×3}{4mol/L}$×1000mL/L-$\frac{0.008mol×3}{4mol/L}$×1000mL/L=7mL，
故答案為：0.032；7．

點(diǎn)評 本題考查金屬與硝酸的反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)計算等知識點(diǎn)，屬于中等難度試題，解答此題關(guān)鍵是判斷出硝酸的還原產(chǎn)物以及電子轉(zhuǎn)移守恒的運(yùn)用．